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关键词： 高压超临界氢   空气冷凝   流固耦合传热   数值模拟  

摘要： 采用数值模拟方法,利用Fluent软件和用户自定义函数(UDF)对内外流体及管壁的耦合二维传热过程建模并仿真。以理论计算得到的出口温度和传热系数结果作为参考,通过计算流体力学仿真计算方法,探究在管外存在空气液化现象的场景下,超临界氢在不同入口状态及不同外界空气域时的传热特性。结果显示,在空气液化现象为主导的液氢温度段(50~70 K),外界空气温度对整体传热效果的影响可忽略不计,即使空气流速达到8 m·s^(-1)时,对总换热系数的提升也仅为20%;采用强制对流提高空气流速,改变环境温度和入口端流量,都不能显著提升该温度段的总传热系数,该温度段的总传热系数主要受蒸汽液化传热系数的影响,即低温流体温度的影响占主导。

关键词： 渤海海峡   水交换   季节变化   年际变化   FVCOM模型  

摘要： 基于高分辨率非结构网格数值模型,系统分析了渤海海峡水体通量多时间尺度变化特征,结果表明:渤海海峡水交换具有明显的季节变化和年际变化特征,但长期变化趋势不明显,空间分布呈入流与出流间隔分布的特点。渤海海峡南部净通量变化与黄河径流量的变化在时间上具有一致性,而中部和北部区域的净通量变化与黄河径流量的相关性不强。季节变化的水通量表现为“双峰状”,秋、冬两季通量强,冬季大风、渤海海峡两侧水位梯度差、黄河径流季节变化对其有重要影响。2003—2008年间,水通量的剧烈波动主要由局地风场的影响和海峡两侧的高度梯度所调控。同时,38°36′N入流通道的通量变化对渤海海峡断面的水交换起调节作用。尤其在2005和2012年,渤海海峡通量均处于低谷,较平均水平下降约6.3×10^(3)和6.2×10^(3)m^(3)/s。在此期间,38°36′N附近主入流通道的通量相较于渤海北部平均入流量分别增加了约5.5×10^(3)和1.2×10^(4)m^(3)/s,而在海峡中部及南部,出流强度分别增加了约1.1×10^(3)和4.2×10^(3)m^(3)/s,出流量变化远小于入流量变化。

关键词： 浅埋近距离煤层   采空区和煤柱   巷道布置   数值模拟  

摘要： 针对浅埋近距离煤层采空区、遗留煤柱下巷道围岩破碎和受高集中应力影响等问题,以某矿3-2-2煤层回采巷道为工程背景,通过理论分析和FLAC^(3D)数值模拟方法对浅埋近距离煤层采空区和遗留煤柱下的应力场分布特征进行了研究,探讨了采空区和遗留煤柱下回采巷道合理布置方案,得出3-2-2煤层回采巷道合理布置位置为巷道煤柱侧距上覆煤柱边缘2 m处(内错式)。针对煤层分叉区层间距变化提出了分段支护,当层间距不大于4 m时,采用金属网和架棚支护;当层间距大于4 m时,采用锚杆+金属网+W钢带联合支护方案,现场应用表明效果良好,能够满足工程稳定性需求。

关键词： 钻渣土利用   固化剂   路基填筑   数值模拟   分层沉降  

摘要： 利用改良高含水率的钻渣土废料替代路基填料,实现高速公路固废资源循环再利用。通过对某高速公路钻渣土路基掺加4%CPJN-1型粉态固化剂进行填筑。在路基路面施工完成时,原状钻渣土与固化后钻渣土在原地表处于道路中心位置产生的最大沉降量分别为90.90 mm和73.46 mm,与分层总和法计算结果相近,固化后钻渣土路基填筑完成时最大沉降量较原状钻渣土减小19.19%。改良后的钻渣土进行路基填筑施工可有效减小路基结构水平方向变形及原地表的沉降变形,可减少石灰、水泥等传统胶结材料的使用量,并且在道路运营期也具有良好的稳定性。

关键词： 采空区   地面沉降   SBAS-InSAR   数值模拟   FLAC3D   GM(2,1)  

摘要： 城市快速扩展使得土地资源愈加紧张,采煤沉陷区的土地成为可持续发展的关键资源。进行高精度、大尺度的采煤沉陷区探测及稳定性评估变得十分必要。以内蒙古某煤矿为例,基于时序InSAR技术,对69景Sentinel-1A升轨SAR影像数据进行差分干涉及反演,获得2017-03-12—2023-12-18矿区时序形变分布,结合FLAC3D数值模拟和GM(2,1)模型形变预测。结果发现:(1)研究区地表以沉降为主,最严重区域年均沉降速率为-60.9 mm/a,最大沉降量为-400.5 mm;75%区域形变处于-6.2 mm/a~11.2 mm/a之间,基本稳定。(2)沉降特征点时序InSAR形变曲线与开采沉陷规律一致,能有效区分不同开采条件下地表残余变形的特点。该研究成果能够识别目标区域内采煤沉陷地的空间分布,助力矿山地质环境调查和老采空区稳定性评估。

关键词： 围岩类别   施工支洞   支护   数值模拟   计算分析  

摘要： 对中部引黄工程Ⅳ、V类围岩和土质施工支洞支护形式进行了常规支护方案阐述,利用美国ANSYS大型通用有限元分析系统软件进行建模与格网区划,使用FLAC3D内置梁模型(beam)替代钢拱架,用锚杆模型(cable)模拟锚杆系统,用壳模型(shell)模拟一衬混凝土,利用有限差分程序FLAC3D对支洞进行了数值模拟受力分析计算,其结论可为类似支洞支护方案的选择提供一定的参考和建议。

关键词： 窑洞式开挖   坝基开挖   重力坝  

摘要： 某水库枢纽工程左岸坝肩开挖原设计采用开敞式明挖的施工方案,边坡开挖和支护工程量大、施工工期长、成本高,且对上部边坡周围环境影响较大。根据工程左坝肩地形地质条件及坝体特点,将明挖优化为窑洞式开挖,并复核左岸第一坝段抗滑稳定性,满足规范要求。经综合分析比较,左岸坝肩优化为窑洞式开挖可明显减少开挖量,缩短工期,节约成本,保护边坡生态环境,具有良好的综合效益及社会效益,可供同类工程采纳借鉴。

关键词： 安全分析   尖点突变理论   力学模型   数值模拟   时间序列  

摘要： 为了对采空区顶板进行安全分析并预估自稳时间，提早预防采空区塌陷，以某铁矿为工程背景，采用了RMR岩体分类法计算得出围岩等级，并建立了顶板-矿柱力学模型，应用尖点突变理论推导得出了系统失稳的必要条件，结合采场结构参数初步判定-172 m水平采空区存在失稳风险，随后建立三维有限元计算模型，从应力条件、安全系数与顶板位移等因素综合分析验证了采空区塌陷的可能性，因此制定了顶板位移监测方案，并采取时间序列预报模型依据累计位移量的监测值预报位移量发展趋势。预报与实测结果均表明，-172 m水平采空区顶板位移量从90 d监测期内的14 mm增长为120 d后趋近于21 mm，顶板位移量处于加速累积阶段，说明采空区难以维持自稳状态，发生失稳破坏的趋势较明显，应及时采取治理措施消除安全隐患，并对采空区自稳时间进行定时预报，确保采空区安全。尖点突变理论与时间序列模型的组合应用为采空区安全分析与预测提供了新的方法。

关键词： 锂电池汽车火灾   火灾发展规律   火灾数值模拟   汽车运输船   船舶通风   电动汽车火灾模型  

摘要： 为探究不同通风方案对滚装空间内锂电池汽车火灾的影响规律，基于全尺寸火灾实验温度数据与气体产物，设计了锂电池汽车等效材质，推导了等效材质燃烧方程式，构建并验证了锂电池汽车火灾等效模型。研究截取汽车运输船单层甲板部分区域，以通风口位置、通风口高度与通风口数量为变量，开展多车火灾模拟，重点分析了不同通风方案下火灾热释放速率和温度的变化规律，并探讨了通风对舱内热量分布的影响方式。分析结果表明：火灾按照热释放速率可以划分为火灾初期、火灾快速发展时期与火灾剧烈燃烧时期三个阶段，在火灾初期，火灾扩大的主要方式是引燃周围可燃物，起火面积的扩大是热释放速率升高的主要因素；在火灾快速发展时期，绝大多数车辆已被引燃，起火车辆燃烧程度的加深是热释放速率升高的主要因素。对比不同通风方式下的火灾发展趋势可以发现，通风对于火灾发展具有双重作用，船舶通风可以限制燃烧蔓延速率，但同时为火灾提供氧气，导致燃烧更为剧烈。在火灾初期，通风限制了热量的扩散，延长了周围可燃物的起火时间，抑制火势扩大；而在火灾快速发展阶段，通风为燃烧提供了更加充足的氧气，促进火势发展。多种通风方案中，下部通风和正对火场的通风方式风险最大。该研究可为汽车运输船的通风设计与火灾防治提供理论支持。

关键词： 含瓦斯煤体   渗流机制   瓦斯运移   数值模拟  

摘要： 作为典型的双重孔隙介质,含瓦斯煤体的渗流机制及瓦斯的运移规律一直都是瓦斯抽采的关键问题。针对深部赋存环境下的高瓦斯煤层,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件,对瓦斯抽采过程进行模拟分析,并对煤体渗透率、瓦斯运移速度及瓦斯含量等进行定量计算。结果表明:随着抽采时间的增加,煤体渗透率逐渐升高;相同抽采时间,距钻孔越近的位置,其渗透率越大;随着初始压力的增加,煤体的渗透性明显增强。钻孔周围的瓦斯运移速度最大,且随着距离的增加急速衰减,并趋于稳定,该趋势是渗透率和瓦斯压力共同影响的结果。游离态瓦斯含量和吸附态瓦斯含量的演化呈现相同的趋势,二者随抽采时间的增长逐渐降低;抽采时间相同时,距钻孔位置越近,瓦斯含量越少,且大部分瓦斯以吸附态存在于煤层内部。本研究对深部高瓦斯矿井的安全高效抽采和防治具有一定的指导意义。